tính toán thiết kế thang máy

Thang m¸y lµ thiÕt bÞ kh«ng thÓ thiÕu ®­îc trong viÖc vËn chuyÓn ng­êi vµ hµng hãa theo ph­¬ng th¼ng ®øng trong c¸c tßa nhµ cao tÇng, chÝnh v× vËy mµ tõ khi xuÊt hiÖn ®Õn nay thang m¸y lu«n ®­îc nghiªn cøu, c¶i tiÕn, hiÖn ®¹i hãa ®Ó ®¸p øng nhu cÇu ngµy cµng cao cña hµnh kh¸ch còng nh­ yªu cÇu ngµy cµng cao vÒ tÝnh an toµn, vÒ tèc ®é di chuyÓn, khèi l­îng vËn chuyÓn, tiÖn nghi ... Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, t¹i ViÖt Nam, yªu cÇu vÒ nhµ ë t¨ng trong khi quü ®Êt th× h¹n chÕ, do ®ã xu h­íng ph¸t triÓn nhµ theo chiÒu cao lµ tÊt yÕu. V× vËy thang m¸y ngµy cµng t¨ng vÒ sè l­îng còng nh­ ®é cao nhê ®ã thang m¸y, thang cuèn nãi chung vµ thang m¸y chë ng­êi nãi riªng ®• vµ ®ang sÏ ®­îc sö dông cµng nhiÒu. C¸c h•ng thang m¸y hµng ®Çu ®• cã mÆt ë n­íc ta. Tuy nhiªn so víi c¸c n­íc trong khu vùc sè l­îng thang m¸y ®­îc l¾p ®Æt ch­a lín vµ vÉn cßn lµ mét thiÕt bÞ míi. Sù hiÓu biÕt vÒ thang m¸y cßn bÞ giíi h¹n ë mét sè nhµ chuyªn m«n. NhÊt lµ vÒ cÊu t¹o, l¾p ®Æt, sö dông vµ vËn hµnh thang.

Lời nói đầu

Thang máy là thiết bị không thể thiếu đợc trong việc vận chuyển ngời

và hàng hóa theo phơng thẳng đứng trong các tòa nhà cao tầng, chính vì vậy

mà từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn đợc nghiên cứu, cải tiến, hiện

đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách cũng nh yêu cầu ngày càng cao về tính an toàn, về tốc độ di chuyển, khối lợng vận chuyển, tiện nghi

Trong những năm gần đây, tại Việt Nam, yêu cầu về nhà ở tăng trong khi quỹ đất thì hạn chế, do đó xu hớng phát triển nhà theo chiều cao là tất yếu Vì vậy thang máy ngày càng tăng về số lợng cũng nh độ cao nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung và thang máy chở ngời nói riêng đã và

đang sẽ đợc sử dụng càng nhiều Các hãng thang máy hàng đầu đã có mặt ở nớc ta

Tuy nhiên so với các nớc trong khu vực số lợng thang máy đợc lắp đặt cha lớn và vẫn còn là một thiết bị mới Sự hiểu biết về thang máy còn bị giới hạn ở một số nhà chuyên môn Nhất là về cấu tạo, lắp đặt, sử dụng và vận hành thang

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp của em là: Thiết kế thang máy chở khách không buồng máy – là một loại thang mới, cha đợc lắp đặt nhiều ở Việt

Nam Do đó nhiệm vụ của em lại càng khó khăn trong khi hiểu biết cơ bản

về thang máy còn cha thật nhiều Tuy nhiên để hoàn thành tốt đồ án, nâng cao hiểu biết của bản thân cũng nh góp phần phát triển thang máy ở Việt Nam, em đã rất cố gắng tìm hiểu qua các tài liệu vốn rất ít ỏi, qua thực tế lắp ráp và vận hành thang máy tại cơ sở thực tập

Là một sinh viên sắp ra trờng, em tự thấy có trách nhiệm phải cố gắng góp phần vào sự phát triển chung của ngành cơ khí nớc nhà Cụ thể thông qua đồ án này em muốn mình sau khi ra trờng sẽ trở thành một ngời có hiểu biết sâu về thang máy từng bớc nắm bắt kỹ thuật cũng nh các vấn đề khác về thang máy tiến tới có thể đi đến tự sản xuất, giảm giá thành của thang, biến công nghệ sản xuất thang máy của nớc ngoài thành công nghệ của chính mình

Thực tế cho thấy, điều mà hầu hết sinh viên mới ra trờng gặp phải đó

là sự thiếu kinh nghiệm thực tế, thiếu những va chạm cần thiết nên việc thay

đổi điều này là hết sức quan trọng Để bổ sung kinh nghiệm thực tế ngay từ khi cha ra trờng thì việc tận dụng tốt kỳ thực tập tốt nghiệp và quá trình làm

đồ án tốt nghiệp là hết sức quan trọng Đợc sự quan tâm của trờng cũng nh thầy Nguyễn Văn Hội - là ngời trực tiếp hớng dẫn tốt nghiệp tạo điều kiện,

em đã tận dụng tốt dịp này để bổ sung những điều còn thiếu: tiếp cận với thực tế sản xuất, lắp ráp thang máy làm quen và tìm hiểu về công việc sau khi ra trờng, tìm hiểu so sánh những điều đã học so với thực tế, công việc của các kĩ s tại các phòng kĩ thuật hay ngay tại nơi sản xuất, làm quen dần với sự hoạt động của một công ty Qua dịp này, em đã cảm thấy giữa học tập và thực tế sản xuất có một khoảng cách tơng đối lớn Để hiểu đợc những

điều đó em phải rất cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy thuộc bộ môn Cơ sở thiết

kế máy đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Hội hớng dẫn trực tiếp cho em

Em cũng rất cảm ơn đến sự hết sức tạo điều kiện của bộ môn Cơ sở thiết kế máy cũng nh Khoa Cơ khí

Hà nội ngày … tháng … năm …

Sinh viªn: TrÇn V¨n Minh

PhÇn I TÝnh to¸n thiÕt kÕ thang m¸y

Chơng I Tổng quan về thang máy

I Khái niệm chung về thang máy:

* Thang máy là thiết bị chuyên dụng để chở ngời, hàng hóa, vật liệu theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

* Thang máy thờng dùng trong khách sạn, công sở, chung c, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xởng

Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các thiết bị vận chuyển khác là thời gian vận chuyển của một chu kỳ bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong các yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiên nghi của các công trình

* Nhiều quốc gia trên thế giới quy định, đối với các tòa nhà 6 tầng trở lên đều phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt nh bệnh viện, nhà máy, khách sạn , tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải trang bị thang máy

* Với những nhà cao tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy

là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong tòa nhà Nếu vấn đề vận chuyển ngời trong tòa nhà này không đợc giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng không thể thành hiện thực

* Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con ngời Vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy là khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử

dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn đợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.

* Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì cha đủ điều kiện để đa vào sử dụng mà phải có đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ(Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn

II Lịch sử phát triển của thang máy:

* Cuối thế kỷ XIX, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra

đời nh OTIS, Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã đợc chế tạo và đa vào

sử dụng là của hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sỹ) cũng đã chế tạo thành công một số thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp

* Đầu thế kỷ XX, có nhiều hãng thang máy khác ra đời nh KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (ý) đã chế tạo các thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn

* Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph, những thang máy chở hàng đã có tải trọng lên tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với sự tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600 nm/ph Vào những năm 1980, đã xuất hiện

hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phơng pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm đợc khoảng 40% công suất động cơ

* Đồng thời cũng vào khoảng thời gian này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính.

* Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy

có tốc độ đạt tới 750 m/ph và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác

III Phân loại thang máy:

Hiện nay, thang máy đợc sản xuất, thiết kế với nhiều chủng loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình cũng nh mục đích của con ngời Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc, đặc điểm sau:

3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993):

thang máy đợc phân làm 5 loại:

a Thang máy chuyên chở ngời: Loại này để vận chuyển ngời trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung c, trờng học

b Thang máy chuyên chở ngời có kèm theo hàng: thờng dùng cho các siêu thị, khu triển lãm

c Thang máy chuyên chở bệnh nhân: thờng dùng trong các bệnh viện, khu điều dỡng Đặc điểm của loại thang này là kích thớc thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca hoặc giờng bệnh cùng các bác sỹ, hộ tá, các dụng cụ cấp cứu đi kèm

d Thang máy chuyên chở hàng không có ngời đi kèm: loại này dùng chuyên chở vật liệu, thức ăn trong khách sạn, nhà ăn tập thể Đặc điểm của loại này là có điều khiển bên ngoài cabin (trớc cửa tầng) trong khi các loại thang khác có điều khiển cả trong và ngoài cabin

Ngoài 5 loại thang trên còn có một số loại thang khác nh: thang máy cứu hỏa, thang máy chở ô tô

3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin:

thang máy đợc chia thành 3 loại sau:

a Thang máy dẫn động điện: dẫn động thang bằng động cơ điện qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin đợc treo bằng cáp mà hành trình thang không bị hạn chế Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động bằng bánh răng thanh răng chuyên dùng chở ngời phục vụ cho các công trờng xây dựng cao tầng

b Thang máy thủy lực (bằng xy lanh - pít tông): Cabin đợc đợc đẩy từ dới lên nhờ pít tông - xy lanh thủy lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thủy lực có hành trình tối đa là khoảng 18 m vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng mặc dù kết cấu gọn, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm,

an toàn, giảm đợc chiều cao tổng thể của công trình do buồng máy đặt ở tầng trệt

c Thang máy khí nén

3.3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo:

* Đối với thang máy điện có 2 loại:

- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang

- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dới giếng thang

* Đối với thang máy dẫn động lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin

* Đối với thang máy thủy lực: buồng máy đặt tại tầng trệt

- Điều khiển đơn

- Điều khiển kép

- Điều khiển theo nhóm

c Theo vị trí điều khiển:

- Điều khiển trong cabin

- Điều khiển ngoài cabin

- Điều khiển cả trong và ngoài cabin

- Loại tốc độ rất cao: v > 4 m/s

b Theo khối lợng vận chuyển của cabin:

- Loại nhỏ: Q < 500 kg

- Loại trung bình: Q = 500 ữ 1000 kg

- Loại lớn: Q = 1000 ữ 1600 kg

- Loại rất lớn: Q > 1600 kg

3.6 Theo kết cấu các cụm cơ bản:

a Theo kết cấu của bộ tời kéo:

- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc

- Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: thờng dùng cho các loại thang có tốc độ v > 2,5 m/s

- Bộ tời kéo sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ

điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính ( Linear Induction Motor)

- Bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống.

c Theo cách treo cabin và đối trọng:

-Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin

- Có pa lăng cáp ( thông qua puly trung gian) vào dầm trên của cabin

- Đẩy từ phía đáy cabin lên thông qua các puly trung gian

d Theo hệ thống cửa cabin:

- Theo phơng pháp đóng mở cửa cabin:

- Theo kết cấu của cửa:

+ Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía.+ Cánh cửa dạng tấm đóng mở bản lề một hoặc hai cánh+ Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía Loại này thờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt phía sau cabin

+ Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở về một bên, lùa về một phía Loại này thờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên

+ Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên và dới (thang máy chở thức ăn).

+ Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại này thờng dùng cho thang máy chở ô tô và chở hàng

- Theo số cửa cabin:

+ Thang máy có một cửa

+ Thang máy có hai cửa đối xứng nhau

+ Thang máy có hai cửa vuông góc với nhau

e Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cabin:

- Hãm tức thời: loại này thờng dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/phút

- Hãm êm: loại này thờng dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45 m/phút và thang máy chở bệnh nhân

3.7 Theo vị trí cửa cabin và đối trọng giếng thang:

a Đối trọng bố trí phía sau

b Đối trọng bố trí một bên

Trong một số trờng hợp, đối trọng có thể đợc bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với cabin

3.8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin:

a Thang máy thẳng đứng: là loại thang máy có cabin di chuyển theo phơng thẳng đứng (hầu hết các thang máy hiện nay sử dụng theo cách này)

b Thang máy nghiêng: là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so với phơng thẳng đứng

c Thang máy zigzag: là loại thang máy có cabin di chuyển theo đờng zigzag

Chơng II Phân tích một số sơ đồ động của thang máy

chọn cách bố trí trạm dẫn động cho thang máy

- Tính kinh tế cao, sử dụng phổ biến cho cả hai

loại thang chở hàng và chở ngời

- Cáp, puly kéo nhanh mòn, độ bền lâu của cáp giảm

- Chỉ sử dụng cho loại thang chở hàng

trí dới đáy giếng thang

- Giá trị lực vòng trên puly luôn thay

đổi

Hình 3

Hình 4

- Tính kinh tế không cao, sử dụng cho cả

thang chở hàng và thang chở ngời

- Giá trị lực vòng trên puly kéo luôn thay

đổi và lớn hơn so với cáp cân bằng

Hình 5

Hình 6

Nh vËy vËn tèc nµy tháa m·n vËn tèc yªu cÇu

H×nh 6

1.9.2 Chọn công suất động cơ:

đt cb

đt cb t

Q : Trọng lượng đối trọng

Q : Trọng lượng cabin(chọn 7000 N)Trong đó:

Q : Trọng lượng tải 6300 N:hệ số cân bằng( 0,3 0,6) Lấy 0,5

k: hệ số tính đến ma sát giữa cáp và pulyk=1,15 1,3

Trong đó:

S : lực căng bên nhánh dây treo đối trọng

S : lực căng trên nhánh dây treo cabin1,15.(10150 7000) 3622,5( )

1

.1000

Trong đó: : hiệu suất của cơ cấu1(do từ động cơ ra không có khớp nối, ổ lăn)3622,5.1,5

5,43( )1000.1

F v P

ηηη

5,43( )1000.1

vậy: ta chọn động cơ có công suất 8,1 kw(đây là loại động cơ rất mới cha

có trong các tài liệu mà chỉ có ngoài thực tế) với các thông số:

- Type: PM2 F110EB

- 8,1kw, 48A, 125V, 75Hz

- MSHH: 470(kg)-Serial: 0312033

1.10 Kiểm nghiệm công suất động cơ:

- Nh tính toán phần 9.1, ta đã tính đợc vận tốc dài của cáp là 3,67 (m/s)

- Khi đó thì công suất cần thiết trên trục bánh cáp đợc tính theo công thức:

bánh cáp

2,33( )2.2.1000 2.2.1000.1

Hình 10

* Đặc điểm: Cabin đặt lệch về phía sau trên dầm thép chịu lực, có một cửa ra vào

* Ưu điểm: Giá thành giảm do chỉ có 1 cửa ra vào

* Nhợc điểm: Vì chỉ dùng một cửa nên cabin phải đặt lệch về phía sau

để trọng lợng cabin rơi vào giữa hai dầm chịu lực Trọng lợng vật nâng

đặt ở phía cửa ra nên sàn cabin phải đợc làm chắc chắn để có thể chịu

đợc lực uốn do trọng lợng vật nâng đặt lệch

3 Phơng án 3: hình 11

Hình 11

* Đặc điểm: Cabin có thêm giá treo nh hình vẽ

* Ưu điểm: do có thêm giá treo nên độ cứng vững của sàn cabin tăng

do có thể giảm bớt kích cỡ của dầm mà vẫn chịu đợc lực uốn do vật nặng đặt lệch về một phía trên sàn cabin

Nhận xét: theo những phân tích về phơng án chọn sàn cabin trên cộng với yêu cầu thiết kế thang chở ngời cho nên ta chọn phơng án 3 do đây là phơng

án tối u nhất

III Phơng án chọn sàn cabin:

Thang khách ngoài nhiệm vụ vận chuyển khách còn đòi hỏi có tính thẩm mỹ cao (có một số lựa chọn về màu, loại hoa văn trên mặt sàn ), thuận tiện, an toàn cho hành khách Do đó sàn cabin phải là loại có hai sàn: sàn tĩnh và sàn động Sàn tĩnh đặt trên sàn động và nối với sàn động qua hệ thống

lò xo để cân tải trọng và giảm chấn

IV Phơng án chọn cửa cabin và cửa tầng:

* Một số yêu cầu đối với cửa:

• Đủ độ cứng vững và độ bền Cửa đợc lắp kín khít và có kích

th-ớc phù hợp với quy định trong tiêu chuẩn

• Cửa phải đợc trang bị hệ thống khóa cửa sao cho hành khách không thể tự mở cửa từ bên ngoài Khi đóng cửa tầng khóa này

tự động sập và chỉ có thể mở đợc từ bên ngoài bằng dụng cụ chuyên dùng do ngời điều hành thang sử dụng

• Cửa phải có khả năng chống cháy

• Đối với loại cửa lùa, đóng mở tự động thì chỉ mở cửa bằng cơ cấu đóng mở đặt trên nóc cabin ngay cả khi cabin đứng trớc cửa tầng (hành khách không thể tự mở) Khi đang đóng, nếu gặp chớng ngại vật thì cửa phải tự mở ra và sau đó lại tiếp tục đóng

để tránh tình trạng hành khách cha vào hẳn cabin bị kẹt giữa cửa

và gây cháy động cơ của cơ cấu đóng mở cửa

• Cửa phải có tiếp điểm điện an toàn để đảm bảo rằng thang máy chỉ có thể hoạt động đợc khi cabin và tất cả các cửa tầng đã

- Bộ hãm bảo hiểm (phanh): theo nguyên lý làm việc có bộ hãm tác

động tức thời và bộ hãm bảo hiểm tác động êm (có độ trợt lớn) Bộ hãm tác

động tức thời dùng cho thang máy tốc độ < 0,71 m/s Theo cấu tạo của bộ phận công tác có hai loại: phanh dạng cam (hình 12), phanh dạng nêm(hình 13) (bộ hãm bảo hiểm dạng cam chỉ dùng cho thang máy chở hàng loại nhỏ)

Đối với thang máy có tốc độ trên 1 m/s thờng đợc trang bị phanh tác động

êm với bộ phận công tác dạng nêm hay má kẹp

- Bộ hạn chế tốc độ: khi cabin hạ với tốc đọ vợt quá giới hạn cho phép,

bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng

* Theo những phân tích trên, ta chọn loại phanh nêm, bộ hạn chế tốc

độ kiểu phẳng

VI Phơng án chọn cơ cấu dẫn hớng:

Nh chúng ta đã biết, cơ cấu dẫn hớng của thang máy là hệ thống các thanh ray Ray có hai loại cơ bản: cán định hình, thép định hình đã đợc tiêu chuẩn hóa lắp với nhau Ngoài hai loại trên thì còn có ray dạng thép góc, thép chữ U, ống thép ( đối với loại thang máy chở hàng loại nhỏ):

- Ray bằng thép cán định hình, đã đợc tiêu chuẩn hóa, mặt bên đợc mài, bề mặt đợc gia công cơ

- Ray làm bằng thép định hình chữ L có độ dài cỡ 6 m/ 1 thanh Loại ray này thờng dùng cho thang máy chở hàng có tốc độ thấp, tải trọng nhỏ.

⇒ Theo yêu cầu đối với loại thang máy chở khách, ta chọn loại ray là thép cán định hình dạng chữ T

- Ngàm con lăn: cấu tạo nh hình vẽ Có u điểm là cho phép giảm đợc

ma sát và giảm độ ồn và khả năng va đập khi cabin đi qua điểm nối giữa các

đoạn ray dẫn hớng Loại ngàm này thờng dùng cho thang máy có tốc độ cao

⇒ Theo những phân tích trên, ta chọn loại ngàm con lăn

Chơng III Giới thiệu vài nét về loại động cơ mới

I Giới thiệu:

Đây là 1 loại động cơ không hộp số với động cơ nam châm vĩnh cửu giành cho thang máy tốc độ cao Sản phẩm động cơ nam châm vĩnh cửu có một không hai này và hệ thống phanh hai đĩa kép đối với động cơ thang máy tạo ra khả năng cải thiện rất nhiều nh: năng suất cao hơn, tiện nghi tốt hơn

Cải tiến năng suất và sự phản hồi:

Bởi vì nó không yêu cầu một dòng điện kích từ, cho nên động cơ nam châm vĩnh cửu làm cho năng suất, phản hồi nhanh hơn so với các loại động cơ truyền thống Hơn nữa, động cơ nam châm vĩnh cửu duy trì mức hiệu suất không cần quan tâm đến số cặp cực

Di chuyển thoải mái hơn:

Động cơ này tạo cho nó khả năng khử mức ồn xuống thấp hơn các động cơ truyền thống Hơn nữa, động cơ này còn nổi bật bởi khả năng phản hồi nhanh tính từ khi nó đợc yêu cầu không có kích từ Hơn nữa, còn làm giảm tiếng ồn và rung động khi chạy và làm cho khách hàng có một phơng tiện tiện nghi hơn

Mô tơ động cơ PM nhỏ hơn và gọn hơn so với động cơ truyền thống

Động cơ PM cho phép sự bố trí đa cực và kết quả là làm cho kết cấu của máy gọn hơn Cũng thời gian này, độ cao của động cơ cũng giảm bởi hệ thống phanh đĩa kép

Kết quả của sự cải tiến này khi so sánh với các loại trớc đây:

Động cơ PM cho thang máy tốc độ cao:

Các thang máy yêu cầu động cơ kéo với rung động quay ít hơn theo yêu cầu tạo nên sự di chuyển êm, ít ồn và kết cấu phòng máy Những cải tiến gần đây để có đợc hiệu suất cao đã làm cho luồng mật độ của nam châm và lực cỡng bức tăng cao Chúng tôi đã phát triển một loại động cơ không hộp

số cho các thang máy cao tốc bằng sự nghiên cứu rộng rãi loại động cơ nam châm vĩnh cửu Thang Mitsubishi là thang sử dụng đầu tiên công nghệ động cơ nam châm vĩnh cửu

Sau đây là một số nét chính về động cơ này:

(1) Giảm rung động quay, Hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu cao.(2) Sự khám phá về vị trí các cực nam châm và điều khiển động cơ

(3) Động cơ kéo sử dụng mô tơ nam châm vĩnh cửu và hệ thống bánh phanh kép.

ở đây chúng tôi mô tả sự phát triển của động cơ nam châm vĩnh cửu

và điều khiển của nó, bao gồm cả sự phát triển của hệ thống phanh bánh kép làm cho động cơ kéo nhỏ hơn

II Đặc điểm kĩ thuật của động cơ kéo PM:

Bảng 1 chỉ ra những đặc điểm phát triển mới của loại động cơ không hộp số Nó phụ thuộc vào tốc độ cáp, dới đây là hai loại động cơ đã đợc phát triển Hệ thống đĩa phanh đợc kết hợp để hỗ trợ cho sự nhỏ gọn của động cơ kéo Những loại này có công suất từ 25-40 kw và phanh là nh nhau

Bảng 1 Đặc điểm kỹ thuật của động cơ kéo

III Sự phát triển của động cơ PM

ở đây chúng tôi mô tả ngắn gọn về công nghệ động cơ, lấy loại 40 kw làm ví dụ:

3.1 Đặc tính kỹ thuật của động cơ

Công suất: 40kW

Tốc độ cáp: 251v/p

3.2 Chi tiết về nam châm vĩnh cửu: Chúng tôi sử dụng loại nam châm đất hiếm mà mật độ luồng nam châm cao và lực cỡng bức (lực hút) lớn.

Có 3 loại vật liệu chính sử dụng để chế tạo châm vĩnh cửu là

SmCo(samarium), neodymium (Nd) và praseodymium (Pr), tất cả các đặc

Bảng 2 So sánh các loại nam châm đất hiếm

tính của nó đã đợc mô tả ở trên Trong đó Nd đợc sử dụng nhiều bởi vì khi năng lợng lớn nhất ngày càng tăng, nó sẽ trở nên có hiệu lực hơn cho

sự Bảng 2 mô tả sự so sánh giữa các vật liệu

3.3 Miniaturization method

Phơng thức chung để một động cơ là để sắp xếp thiết kế đa cực nh hình 1

Điều này là làm giảm kích thớc lõi, độ dài đầu cuộn dây

Năng lợng đợc cung cấp tần số đợc tăng lên nhờ sự sắp xếp đa cực, nhng số

nguồn điện tử đã mở rộng khoảng tần số thực hiện của bộ đổi điện hiện đại,

do đó có thể loại trừ giới hạn tần số khi thiết kế động cơ Từ khi có sự giới hạn về kích thớc của vật liệu nam châm, there is a limit to the pole-arc length

to be covered by one magnet and the pole lower limit value can be determined(đã có một sự giới hạn tới độ dài cung cực đợc kiểm soát bởi 1 nam châm giá trị giới hạn thấp hơn của cực có thể đợc thiết lập Ngoài ra, khi

số cực tăng, số thành phần và số quá trình và sản xuất tăng số cặp cực đợc lựa chọn giữ cho những điểm này trong khả năng tính toán

Đối với những động cơ điện cảm ứng truyền thống thờng sử dụng động cơ kéo có một số giới hạn cho sự bởi vị lực và hiệu suất của động cơ giảm khi số cực tăng Nhng, với động cơ đồng bộ, sự hoạt động với hiệ lực cao đạt

đợc mà không quan tâm đến số cặp cực Bảng 3 mô tả sự so sánh giữa động cơ điện cảm ứng và động cơ nam châm vĩnh cửu

Mặc dù độ dày của nam châm đất hiếm đã đợc cải tiến, vẫn rất khó để tự nó tạo ra lỗ thủng(hole) Do đó, Mitsubishi đã gắn nam châm đó với miếng đệm không từ tính Do sự hạn chế về kích cỡ của khối, rất nhiều nam châm đã đợc sắp xếp theo các hớng khác nhau trên trục tọa độ cho mỗi cực Nam châm đ-

ợc làm theo cấu trúc này do đó nó không bị ảnh hởng tới bởi các nhân tố nhkhông khí bên ngoài (khí hóa học, hơi ẩm, vv)

3.5 Khả năng chống lại sự khử từ

Từ tính đợc phân loại theo các dãy đảo ngợc hay không thể đảo ngợc phụ thuộc vào tỉ lệ trờng từ tính (hình 2) Từ tính này đễ dàng bị ảnh hởng bởi nhiệt độ của nam châm, khi nhiệt độ cao hơn, khoảng đảo ngợc sẽ hẹp hơn Bởi vậy, chúng tôi giữ nhiệt độ thấp nhất có thể để điện kháng của mô tơ đợc tính đến vì vậy trờng từ đối lập gây ra bởi dòng ở vỏ sắt sẽ không vợt quá khoảng bị đảo lộn và hiện tợng khử từ sẽ không xảy ra Hơn nữa, trong mạch ngắn kiểm tra cho mô hình, Mitsubishi đã xác nhận đợc rằng sự khử từ không xảy ra

3.6 Biện pháp khắc phục tiếng ồn do mô men quay của máy gây ra

Nếu điện áp cảm ứng trong mô tơ là hàm điều hòa, luồng điện cao đi qua gây ra sự khác biệt trong sóng điện áp hình sin của nguồn điện, điều này gây

ra sự rung động Từ khi động cơ kéo thang máy yêu cầu ít rung động hơn mô men quay êm hơn, chúng tôi đã bố trí cốt trong rãnh xiên để cải thiện hình dạng sóng Kết quả đạt đợc thể hiện ở hình 4

IV Điều khiển động cơ PM

Hình 5 mô tả hệ thống điều khiển động cơ cho thang máy tốc độ cao sử dụng

động cơ PM Máy đổi điện này cho phép động cơ PM cung cấp tốc độ chính xác và mô men xoắn bằng điều khiển phản hồi, nó điều khiển tốc độ nh một tín hiệu trả lại, và bằng mạch điện yếu, điều khiển dòng ra và vị trí cực nh là một tín hiệu trả lại Điều này tạo điều kiện cho sự di chuyển của thang tốt hơn

So sánh với loại động cơ điện cảm ứng, điều khiển động cơ PM đơn giản hơn, vì vậy thời gian bị mất cho khởi động có thể đợc giảm và hiệu suất cao của động cơ có thể đạt đợc khi mà dòng cảm ứng trở nên không cần thiết

Bộ đổi điện điều khiển điện áp ra giữ ở mức không đổi bằng điều khiển phản hồi, mà sử dụng điện áp ra nh là một tín hiệu phản hồi Về sản phẩm động cơ

PM, chúng tôi đã mô tả những đặc tính mới trong hệ thống điều khiển đợc dùng.

4.1 Mạch điều khiển

Một động cơ PM sinh ra luồng trờng từ tính khi quay nam châm vĩnh cửu và cho phép dòng điện chạy trong lõi, Mô men xoắn của động cơ đợc tính theo công thức sau:

Bởi vậy, mô men xoắn phụ thuộc vào vị trí cực từ

4.2 Tìm vị trí cực nam châm

Để điều khiển động cơ PM, phải tìm ra vị trí của cực nam châm Bởi vậy, trong việc tìm vị trí cực nam châm, chúng tôi sử dụng mã hóa độc nhất với hai hàm:

1 Hàm thứnhất là sự mã hóa tuyệt đối mà tìm ra vị trí tuyệt đối tại mỗi góc

điện 45 độ

2 Hàm thứ hai là mã hóa lớn hơn mà đầu ra có hai cụm tín hiệu và tín hiệu 0 cho mỗi nhịp trong 1 vòng quay

4.3 Vị trí cực nam châm đúng

Khi tập hợp các mã hóa đó trong động cơ kéo, luôn có lỗi ở vị trí tuyệt đối của cực Nhng thậm trí nếu giá trị này là quá nhỏ góc cơ sai, Nó có thể gây

ra lỗi nhiều lần cho góc điện, kết quả là trong sự tìm kiếm khắt khe có lỗi Việc sai sót trong tìm kiếm vị trí cực từ làm hỏng quá trình điều khiển mô men xoắn, nó có thể làm ảnh hởng tới qua trình chuyển động của thang máy

Do đó, một mạch có vị trí cực đúng, mà đánh giá lỗi vị trí của cực từ tình trạng của cabin đã đợc sử dụng

4.4 Hình dạng sóng chạy

Hình 6 mô tả hình dạnh sóng cho sự hoạt động của cabin

V Một vài nét sơ bộ về động cơ kéo này

Phơng thức chung cho việc giảm kích thớc động cơ là sắp xếp đa cực Kết quả là làm giảm kích thớc của lõi và độ dài đầu lõi

5.1 Vùng nhô ra của động cơ kéo

Đối với động cơ cảm ứng điện từ truyền thống sử dụng động cơ kéo có một

số giới hạn trong việc giảm kích thớc bởi vì nhân tố năng lực và hiệu suất giảm khi số cực tăng Nhnh đối với động cơ đồng bộ, hiệu suất hoạt động cao đã đạt đợc mà không cần quan tâm đến số cặp cực Bảng 3 mô tả sự so sánh giữa hai loại động cơ

VI Phanh

6.1 Hệ thống phanh

Loại máy này sử dụng 1 hệ thống phanh kép với hai đĩa phanh nh là sự lựa chọn đối với phanh trống ở đây, chúng tôi so sánh phanh trống này sử dụng cho động cơ kéo không hộp số với hệ thống phanh đĩa kép Bảng 4 mô tả những đặc tính riêng biệt này:

lever brake using a clapper-type coil(Hình 9 mô tả đòn bẩy của phanh sử dụng cuộn clapper type ) Since the external surface of the coil is determined

by the coil stroke and absorptivity, it is required to use a coil with an external surface as small as possible taking layout and maintenance into consideration(Từ khi bề mặt ngoài của cuộn dây đợc xác định bằng đòn cuộn dây và lực hút) Through the adoption of a clapper- type coil(Thông qua sự chấp nhận sử dụng cuộn dây loại quả lắc), the coil stroke has been drastically reduced compared with the conventional solenoid coil(đòn cuộn dây đã đợc giảm mạnh so với các loại cuộn dây lõi thép truyền thống)

6.3 Coil stroke reduction (Sự giảm đòn cuộn dây)

A floating-type brake was adopted as an alternative to the lever-type to further reduce coil stroke(Loại bánh phanh để nổi đã đợc dùng nh là một sự lựa chọn đối với loại đòn bẩy này để giảm nhiều hơn đòn cuộn dây) Fig.10 shows the external drawing of a floating-type disk-brake(Hình 10 mô tả bản

vẽ ngoài của loại đĩa phanh nổi(tự do)) With this arrangement(Với sự bố trí

nh vậy), the stroke was further reduced to 40% compared with the lever-type because backlash and loss around the lever support pin and the lever deflection were negligible(thì đòn đã giảm 40% so với loại đòn bẩy bởi vì khe hở và sự thiệt hại cho pin và sự chệch hớng đòn bẩy là không đáng kể)

VII Kết luận

Kết quả đã chứng minh bởi việc sử dụng loại động cơ kéo này:

(1) Loại động cơ này không cần dòng kích từ Kết quả này trong việc cải tiến việc chạy và điều khiển

(2) Tiếng ồn tần số chung cao có thể gây ra sự khó chịu đã đợc giảm đối với

động cơ PM Điều này tạo điều kiện giảm tiếng ồn và rung động

(3) Qua việc sử dụng động cơ và hệ thống phanh đĩa kép, cỡ của động cơ kéo đã đợc giảm tạo khả năng cải tiến hình dáng cho động cơ

: trọng lượng mà thang có thể chở đượcTrong đó:

* Sau đây để hiểu rõ về yêu cầu thiết kế thang máy không buồng máy, chúng ta có thể xem mô hình sau:

: lực căng lớn nhất trên dây cáp(N)Trong đó: n: hệ số an toàn

: lực léo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn

S S n

S

S S

n S

.(0,8 0,85)

4Trong đó:

- : giới hạn bền kéo của sợi thép(N/mm ), thường 1400 2000